不同采集矩陣與計數對SPECT靜態顯像的影響

王 猛 金超嶺 鄭玉民 顏 玨*

[文章編號] 1672-8270(2015)09-0050-04 [中圖分類號] R812 [文獻標識碼] A

不同采集矩陣與計數對SPECT靜態顯像的影響

王 猛①金超嶺①鄭玉民①顏 玨①*

[文章編號] 1672-8270(2015)09-0050-04 [中圖分類號] R812 [文獻標識碼] A

目的：研究不同采集矩陣與計數對單光子計算機斷層(SPECT)靜態顯像的影響。方法：通過SPECT/PET NEMA 2001模型，研究不同采集矩陣與不同計數狀態下的圖像質量，對模型圖像的噪聲和對比度進行分析。使用線源測定不同采集矩陣的系統分辨率。結果：隨著計數的增加，圖像的噪聲減少；低計數狀態下小矩陣圖像的對比度優于大矩陣圖像；高計數狀態下大矩陣圖像的對比度優于小矩陣圖像。128×128矩陣的半高寬(FWHM)為(10.52±0.86)mm，256×256矩陣的FWHM為(9.47±0.61)mm，512×512矩陣的FWHM為(8.79±0.97)mm。結論：SPECT靜態顯像時低計數狀態下采用小矩陣可以獲得相對較高質量的圖像，高計數狀態下采用大矩陣可以獲得相對更高質量的圖像；隨著采集矩陣的增大，系統分辨率略有提高。

矩陣；計數；伽馬照相機；靜態顯像

單光子計算機斷層(single-photon emission computed tomography，SPECT)靜態顯像是臨床核醫學常用的一種顯像方式，尤其是甲狀腺靜態顯像在甲狀腺疾病的診療中具有重要的應用價值[1-2]。在臨床檢查中，采集參數的設置決定了所得圖像的質量，進而影響臨床診斷的準確率[3-6]。本研究通過模型顯像，探討不同采集矩陣與計數對SPECT靜態顯像的影響，為臨床檢查中采集參數的設置提供參考。

1 模型顯像設計方法

1.1 顯像模型

采用SPECT/PET NEMA 2001模型，其內有直徑為10mm、13mm、17mm、22mm、28mm和37mm的6個空心球體，且所有球心在同一平面上。線源采用內徑為1mm，長度為300mm的毛細管，并配備一個100mm高的有機玻璃支架。

1.2 顯像方法

采用西門子Symbia T2SPECT儀，配備低能高分辨準直器進行顯像。①將SPECT/PET NEMA 2001模型充滿99TcmO4溶液(74 MBq)，充分混勻后水平置于視野中心，且貼近探頭固定不動，固定采集zoom為1.45，能峰為140 keV，窗寬為20%，以1號探頭為基準，選擇128×128、256×256和512×512三種矩陣，并分別采集計數為100 K、200 K、300 K、400 K、500 K、600 K、700 K、800 K、900 K、1000 K、1100 K以及1200 K的圖像各12幅；②將兩根線源灌入99TcmO4溶液(37 MBq)，相距50mm平行放置在有機玻璃支架上，將支架和線源放在1號探頭的準直器正中，使兩線源之間的中心線與探測器的X軸重合，固定采集zoom為1.0，能峰為140 keV，窗寬為20%，設置采集計數為1000 K，分別選用128×128、256×256和512×512三種矩陣采集線源圖像，使兩線源之間的中心線再與探測器的Y軸重合，重復以上靜態顯像[7]。

1.3 圖像處理

所有圖像統一使用西門子e.soft Version：2.1.6.5內置的重建方法進行后重建，濾波窗函數為Butterworth窗，階數設定為4，截止頻率設定為0.6。①記錄每幅美國國家電氣制造商協會(NEMA)模型圖像的標準差(STD)和平均計數(MEAN)；②對所有圖像直徑為17mm的球形“冷區”進行勾畫與球體直徑(17mm)大小相等的圓形感興趣區(regions of interest，ROI)，并記錄各ROI的計數(CCj)；對所有圖像直徑為17mm的球形“冷區”周圍的高活性“本底區”勾畫大小、位置相同的ROI，且大小與“冷區”ROI一致，并記錄各ROI的計數(CBj)[8]；③將X方向放置的線源圖像垂直線源的中心做一條剖面線，并記錄該線上各點的計數值。

1.4 數據處理

根據NEMA模型圖像的標準差(STD)和平均計數(MEAN)，計算圖像的噪聲(N)為公式1：

數值越大，對探測病變的干擾也就越大，根據球形“冷區”ROI及其對應的“本底區”ROI計數，計算模型圖像“冷區”的對比度(QCj)為公式2：

式中CCj=j小球ROI內的計數，CBj=j小球本底ROI內的計數，比較模型顯像在不同采集矩陣及不同計數狀態時圖像的噪聲和圖像對比度的差異[9-13]。

X方向放置的兩線源的剖面線上各點計數值構成雙峰曲線，對各峰值曲線采用插值法分別計算出半高寬(full width at half maximum，FWHM)，并記為X1、X2，用同樣的方法處理Y方向放置的線源的數據，并把得到的兩個FWHM記為Y1、Y2，最后取4個FWHM的平均數，并比較不同采集矩陣的FWHM的差異。

1.5 圖像分析

由3位經驗豐富的核醫學醫師閱讀所有平均計數(NEMA)模型圖像，比較不同采集矩陣及不同計數狀態時對“冷區”小球的分辨能力，以對“冷區”小球邊界顯示的清晰程度作為評價標準，以至少兩位醫師的一致意見為最終結果。

1.6 統計學方法

采用SPSS 17.0統計學軟件，對每組數據進行Q值檢驗，以舍去個別可疑值，對兩組數據間的比較進行配對t檢驗，對多組數據間的比較進行方差分析，以P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

(1)采用128×128矩陣采集，低于400 K時圖像的噪聲隨著采集計數的增加降低較明顯，＞400 K后圖像的噪聲變化較小；采用256×256矩陣采集，＜600 K時圖像的噪聲隨著采集計數的增加降低較明顯，＞600 K后圖像的噪聲變化較小；采用512×512矩陣采集，＜800 K時圖像的噪聲隨著采集計數的增加降低較明顯，＞800 K后圖像的噪聲變化較小(見表1、如圖1所示)。

表1 不同采集計數和矩陣圖像的噪聲

圖1 不同矩陣噪聲與計數的關系曲線圖

(2)采集計數＜500 K時，采用128×128矩陣采集的圖像的對比度依次優于256×256矩陣和512×512矩陣采集的圖像，其差異有統計學意義(t=2.346，t=3.156；P＜0.05)；采集計數＞800 K時，采用512×512矩陣采集的圖像的對比度依次優于256×256矩陣和128×128矩陣采集的圖像，其差異有統計學意義(t=2.524，t=3.213；P＜0.05)，見表2、如圖2所示。

表2 不同采集計數和矩陣冷區的對比度

圖2 不同矩陣對比度與計數的關系曲線圖

(3)在高計數(＞800 K)狀態下，采用512×512矩陣采集的圖像對“冷區”小球顯示清晰，對比度良好，其整體圖像質量優于其他圖像，但是在低計數(＜400 K)狀態下，其圖像對“冷區”小球顯示模糊，圖像噪聲明顯增加，對比度下降，整體圖像質量較其他圖像明顯變差(如圖3所示)。

圖3 不同采集矩陣和計數模型圖

(4)采用128×128矩陣，FWHM為(10.52±0.86) mm；采用256×256矩陣，FWHM為(9.47±0.61)mm；采用512×512矩陣，FWHM為(8.79±0.97)mm(見表3)。由此可見，隨著采集矩陣的增大，系統分辨率略有提高。

表3 不同矩陣的FWHM(mm)

3 討論

在核醫學SPECT靜態顯像的采集中存在選擇矩陣大小的問題，而矩陣大小應根據探頭的系統分辨率來決定。探頭的系統分辨率R2=Ri2＋Rc2(Ri為固有分辨率，Rc為準直器分辨率)。由于固有分辨率高于準直器分辨率，因此系統分辨率主要是由準直器分辨率來決定。準直器分辨率和探測距離有關系，探測距離越小其分辨率越高，當探測距離為零時，低能高分辨準直器的分辨率為6.3mm，根據工程技術學領域的奈奎斯特定理[14-15]此時采集矩陣的像素值應小于準直器分辨率的一半，即3.15mm。探頭的有效視野一般為400mm×400mm，因此128×128矩陣的像素值為3.125mm，64×64矩陣的像素值為6.25mm。由此可見，在SPECT靜態顯像的采集中如應用低能高分辨準直器，采集矩陣應＞64×64。圖像采集矩陣確定后應進一步確定采集計數。根據本研究的模型試驗結果，當SPECT靜態顯像的采集矩陣固定時，采集計數越大，每個像素的平均計數越大，統計誤差就越小，量子噪聲也就隨之減少；當采集計數固定時，矩陣越大每個像素的平均計數就越小，統計誤差越大，量子噪聲也就隨之增多。

4 結語

任志剛等[16]報道，在SPECT靜態顯像中建議使用大矩陣采集，本研究結果提示，隨著矩陣從128×128上升到256×256和512×512，系統的分辨率尚未出現理論上的“隨著每次矩陣的放大，分辨率會上升4倍”，而實際結果是系統分辨率略有提高。當使用大矩陣512×512采集時，只有采集足夠的計數(≥800 K)才可以獲得低噪聲、高對比度的圖像，當采集時間受限不能采集足夠的計數時則需使用小矩陣，這樣可以降低圖像的噪聲，并提高圖像的對比度。

[1] 王城，王春梅.γ相機與SPECT甲狀腺顯像診斷甲狀腺“小結節”的比較分析[J].內蒙古醫學雜志，2013，45(11)：1329-1331.

[2] 周前，屈婉瑩.中華影像醫學.影像核醫學卷[M].北京：人民衛生出版社，2010.

[3] 范向勇，周獻鋒，馬加一.SPECT質量控制檢測探討[J].中國醫學裝備，2014，11(3)：8-9.

[4] 劉輝，安晶剛，宋穎.SPECT設備固有性能測試及結果分析[J].中國醫學裝備，2012，9(12)：17-19.

[5] 邵明哲，陳英茂，姚樹林，等.SPECT設備平面成像性能評估與驗收測試[J].中國醫學裝備，2011，8(12)：1-4.

[6] 張潔，馬麗，李順華，等.SPECT儀器質量控制和質量保證的初步探討[J].中國臨床醫學影像雜志，2009，20(1)：67-68.

[7] 趙德善，張承剛.SPECT與γ照相機質量控制及參考規程[M].北京：人民衛生出版社，2010.

[8] 金永杰，馬天予.核醫學儀器與方法[M].哈爾濱：哈爾濱工程大學出版社，2010.

[9] 張秀梅，方鳳寧，王亞平，等.SPECT/PET系統模型試驗技術探討[J].中國醫療設備，2010，25(5)：24-26.

[10] 耿建華，劉琳，鄭容，等.掃描速度與計數對SPECT全身平面顯像的影響[J].中國醫學影像技術，2009，25(9)：1689-1692.

[11] BarwickTD，Dhawan RT，Lewington V.Role of SPECT/CT in differentiated thyroid cancer[J]. Nucl Med Commun，2012，33(8)：787-798.

[12] 王淵愷，張光明，韓芳，等.不同采集矩陣與函數重建對SPECT影像質量影響[J].中國醫學計算機成像雜志，2011，17(2)：164-167.

[13] 劉臣斌.SPECT/CT的圖像質量控制[J].中國醫療設備，2013，28(7)：55-56.

[14] 裴著果.影像核醫學[M].3版.北京：人民衛生出版社，2007.

[15] 李曉紅.SPECT平面顯像中不同矩陣與距離下影像分析[J].中國醫學裝備，2011，8(12)：33-35.

[16] 任志剛，李小華，劉楓，等.SPECT的數據采集條件對其斷層分辨率的影響試驗探討[J].中國醫學物理學雜志，2000，17(1)：4-5.

Influence of matrix and counts on gamma camera static imaging/WANG Meng, JIN Chao-ling, ZHENG Yu-min, et al// China Medical Equipment,2015,12(9)∶50-53.

Objective∶ To investigate the influence of different acquisition matrix and counts on Gamma camera static imaging. Methods∶ 1)The image quality under different acquisition matrix and counts was studied on the SPECT/PET NEMA 2001 model, we analyzed the influence of different acquisition matrix and counts on the noise and contrast. 2)We use the linear source to determine the system resolution in different acquisition matrix. Results∶ 1)With each increase in acquisition counts, the noise will decrease; The use of small matrix and low counts can get low noise images; and the use of large matrix and high counts can get high spatial resolution images. 2)The FWHM(mm) with 128×128, 256×256, 512×512 matrix were respectively 10.52±0.86, 9.47±0.61, 8.79±0.97. Conclusion∶ In a static collection process, the use of small matrix and low counts can get high quality images and the use of large matrix and high counts can get better effectiveness of images; with each increase in the matrix, the system resolution will increase slightly.

Matrix; Counts; Gamma camera; Static imaging

王猛,男,(1986- ),本科學歷，技師，中日友好醫院核醫學科，從事核醫學設備的質量管理工作。

2015-01-10

①中日友好醫院核醫學科 北京 100029

*通訊作者：jinyu860417@163.com

DOI∶ 10.3969/J.ISSN.1672-8270.2015.09.015

[First-author’s address] Department of Nuclear Medicine, China-Japan Friendship Hospital, Beijing 100029, China.